AIN、taC薄膜制备及其在SOI技术中的应用研究

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1、中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）博士学位论文AIN、ta-C薄膜制备及其在SOI技术中的应用研究姓名：宋朝瑞申请学位级别：博士专业：材料物理与化学指导教师：邹世昌;俞跃辉;D.S.Shen20030101致谢皇!曼曼曼曼曼!鼍曼曼毫曼曼曼!曼曼!曼!!蔓!蔓皇苎曼!皇曼苎曼曼曼皇!曼!!!!!鼍曼!毫詈詈!曼曼曼!鼍!!!!!!本论文是在我的导师邹世昌院士、俞跃辉研究员及合作导师D．S．Shen教授的悉心关怀和严格指导下完成的。邹院士自始至终关心着我的学习、：Ij作和生活，百忙之中抽出时间听取我的工作汇报，了解：戈的想法和要求。俞老师全面、系

2、统的指导我的工作，给我提出了许多真知灼见，使我在课题研究上少走了许多弯路。特别感谢合作导师美国阿拉巴马大学电子工程系的D．S．Shen教授，作者受美国国家自然科学基金资助在美为期三个月合作研究期间，他为作者的课题研究工作提供了大力的帮助和悉心的指导，提出了很多有价值的建议，在此表示深深的感谢。论文从选题到最终完成无不凝聚着三位导师的心血。导师渊博的学识、严谨的学风、敏锐的科学洞察力、谦虚的为人使学生受益匪浅，并将永远激励学生奋发向上，坦然面对人生的各种挑战。特别感谢王曦研究员在工作中、思想上给予作者∥1：多的帮助和支持。衷心感谢柳襄怀研究员对作者在工作和生活

3、中给予酏无微不至的关怀和指导，他那对学生发自内心的关爱，给我留下了深刻的印象。感谢自霞老师在生活上、思想上给予我的询多的帮助与支持。感崩张福民工程师、郑志宏高级实验师、林梓鑫高级实验师在样品制备等方面给予的大力支持和帮助。感谢杨石奇实验师、王惠民工程师、陈莉芝工程师、任琮欣高级工程师、江炳尧老师对作者实验工作的大力帮助和鼓励。感谢香港中文大学电子工程系I．HWilson教授、S．P，Wong教授、E．Z．Luo博士、B．Sundaravel博士在材料性能表征等分析方面给予的大力帮助。感谢中国科学院北京半导体研究所牛智川老师在电学测试方面的指导和帮助。感谢中科

4、院上海技术物理所李志锋老师在红外测试方面☆J大力帮助。离子束重点实验室是一个团结、乐观、蓬{j向上的集体，感谢众多师兄弟姐妹在三年中给予我的帮助与鼓励，他们的友爱与真诚将给我留下美好的回忆。感谢中国科学院上海微系统与信息技术研；t所研究生部全体老师几年来对作者在学习、工作、生活等方面的关心、帮助a口培养。AIN、ta-C薄膜制备及其在SOl技术中的应用研究!!!!!E!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!曼!!!s!!!!目!!!!!!曼!!!!!!!!!!!!曼最后，我要特别感谢生我、养我、并至今仍为我默默付出的父亲

5、和母亲，感谢我的姐姐全家对我的关心和帮助，他们的关心和鼓励是我前进的动力，我将以加倍的努力工作回报家人对我的关爱和期望!我的博士学业得到了我的丈夫付利军先生的全力支持、充分理解和大力帮黟，他承担了大量的家庭事物，使我能够全身心投入到工作当中；他在课题研究和论文完成过程中给予我很多帮助，所取得的成果是与他的无私付出分不开鲢，在此向我的丈夫表示衷心感澍j将此论文献给一切关心我、支持我、帮助我的』．们!!Il摘要皇篡量曼皇皇皇蔓舅曼寡皇皇璺皇寡曼鼍曼曼舅蔓曼葛曼!鼍曼!曼皇曼!曼曼曼!!!蔓!曼苎蔓曼!!!!!曼!!曼曼!曼曼曼曼曼曼!!!!SOI材料可成功的应用

6、于微电子的大多数领域，但由于其Si02绝缘埋层的自热效应，使其在高温高功率器件中的应用受至I局限。科学家们已经对此问题进行了大量的研究，并提出了一些可行性方案。为解决此问题．本文提出采用热传导性能较好的绝缘层取代SiOz薄膜来解决。为开发具有不同绝缘层材制的新型S01材料和技术，我们首先钊刘‘传统SOl结构以及新型S01结构，建立了适用于“电．热．结构”分析的电热模型，并分析了温度变化对迁移率、载流子浓度、阈值电压、源漏特性等SOl器件主要电学特性参数的影响情况，发现温度升高将使器件沟道迁移率和阂值电压下降，并影响器件的源漏特性及本征载流子浓度，这一观察有利

7、于进一步从理论上探讨和研究功率器件的自热效应给器件性能带来蚯负面影响。另外，本文还研究了S01器件运行过程中，由于自身功耗而导致的白加热过程以及散热过程的特点。为定量研究不同环每j温度条件下，由于器件功耗导致的晶格温度和内部热应力在器件中的分布情狮．，我们采用ANSYSv6．1有限元分析软件，模拟了不同器件结构受到自热效应影响的程度。分别从电．热．结构的相互作用等方面研究了自热效应对SOI结构的影响。研究结果表明，AIN、金刚石(diamond)、四面体非晶碳膜(Tetmhedr；llamorphouscarbon，简称la—c)等薄膜的热传导性能均远优于S

8、i02薄膜；应力沼器件纵向分布的结果表明，Si02S